第7章 天然气脱水(固体吸附法).ppt

1 7.3 固体吸附法脱水 吸附脱水原理和工艺过程； 常用固体吸附剂的性质； 吸附脱水工艺流程及主要参数； 吸附脱水工艺计算。 一、吸附脱水原理和工艺过程 吸附是用多孔性的固体吸附剂处理气体混合物，使其中一种或多种组分吸附于固体表面上，其他的不吸附，从而达到分离操作。 水是一种强极性分子，分子直径（2.76? ～3.2 ?）很小。不同的多孔性固体的孔径是不同的，孔径大于3.2 ? 的，都可以吸附水。吸附能力的大小与多种因素有关，主要是固体的表面力。 2. 吸附类型 根据表面力的性质可将吸附分为两大类型： 物理吸附 化学吸附 （1）物理吸附 物理吸附是指流体中被吸附的分子与吸附剂表面分子间为分子间吸引力—范德华力所造成，其吸附速度快，吸附过程类似于气体凝聚过程。 （1）物理吸附 物理吸附当气体压力降低或系统温度升高时，被吸附的气体可以容易地从固体表面逸出，而不改变气体原来的性质，这种现象称为脱附。 吸附和脱附为可逆过程，工业上利用这种可逆性，借以改变操作条件，使吸附的物质脱附，达到使吸附剂再生、回收或分离吸附质的目的。 化学吸附类似于化学反应。吸附时，吸附剂表面的未饱和化学键与吸附质之间发生电子的转移及重新分布，在吸附剂的表面形成一个单分子层的表面化合物。吸附中将放生的吸附热。 化学吸附具有选择性，它仅发生在吸附剂表面，且吸附速度较慢，是不可逆的过程。要很高的温度才能把吸附分子释放出来，并且释放出来的气体常已发生化学变化，不复呈原有的性质。为了提高化学吸附的速度，常常采用升高温度的办法。 脱水吸附操作方式 在天然气脱水装置大多是采用半连续操作，即固定床吸附。 4. 吸附的传质过程 5. 再生方法 对固定床气—固吸附而言，主要有三种再生方法： （1）温度转换再生法： 加热再生完全后，吸附剂需要冷却。 5. 再生方法 （2）压力转换再生法： （3）冲洗解吸再生法：其原理是用某种合适的气体冲洗吸附剂床层，达到解吸而再生的目的，升高温度或降低压力均有利于冲洗解吸。 二、常用固体吸附剂的性质 宏大的比表面积； 传热速度快； 很强的选择性 ； 能简便和经济地再生； 较高的机械强度和稳定的化学性质。 2. 常用的吸附剂 目前工业上常用的吸附剂有活性氧化铝、硅胶、分子筛和活性炭等。其中除活性炭外，都可以应用于天然气脱水。 3. 吸附剂的性能参数 （1）比表面积 吸附剂是固体颗粒，其内部有许多微孔和孔道与表面相通。吸附剂颗粒外表面积与颗粒内孔穴的表面积之和称为吸附剂的表面积。单位可用m2/g表示。 （2）密度 由于吸附剂是一种多孔道和微孔的固体颗粒，其体积包括孔穴体积和骨架体积两部分；在实际应用中，颗粒是堆放在吸附器壳体之中的，故人们常用真实密度、颗粒密度和堆积密度三个指标来综合反映吸附剂的密度值。 ① 真实密度ρs(kg/m3) 吸附剂的真实密度是指单位骨架体积所具有的质量，表达式为 ② 颗粒密度ρP(kg/m3) 颗粒密度 又称假密度，是指单位体积吸附剂所具有的质量。表达式为 ③堆积密度ρb(kg/m3) 堆积密度又称为填充密度。是指单位吸附床层体积内所填充的吸附剂的质量，表达式为： （3）孔隙率θ（%） 吸附剂的孔穴体积占吸附剂体积的百分率称为吸附剂的孔隙率。表达式为 （4）细孔容积Vx(m3 /kg) 细孔容积是指 单位质量吸附剂所具有的孔穴体积。表达式为 （5）孔径 孔径是指固体吸附剂孔穴的直径，单位用埃(?)表示，1 ?等于10-10m。 孔径是吸附剂一个比较重要的参数，它表征出了吸附剂能够吸附的颗粒大小，对于孔径均匀的吸附剂，可以通过实验和计算求出孔径值。 （6）吸附剂湿容量 每100克吸附剂能从气体中脱除的水汽克数。吸附剂湿容量有两种表示： 平衡湿容量； 转效点湿容量。 平衡湿容量 平衡湿容量是指在给定温度下，吸附剂与一定温度的气体达到平衡状态，每100克吸附剂吸附的水汽克数。 转效点湿容量 转效点湿容量是将一定温度的气体通过吸附床层，当达到转效点时平均每100克吸附剂吸附的水汽克数。吸附剂的湿容量一般与吸附剂的比表面积和其堆积密度的乘积成正比。 4. 常用吸收剂的性质 在天然气脱水中常用的吸附剂有三种： 活性氧化铝； 硅胶； 分子筛。 其主要物性如表7-4所示。 表7-4 常用吸附剂的物性 （1）活性氧化铝 活性氧化铝是一种多孔、吸附能力较强的吸附剂。对气体、蒸气和某些液体中的水分有良好的吸附能力，再生温度175～315℃。国外天然气脱水常用的活性Al2O3有F-1型粒状、H-151型球状和KA-201型球状三种，其化学组成如表5-3-2所示。 表7-5 典型活性氧化铝组